近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊與國科大杭州高等研究院和華中科技大學合作，在熱蒸發鈣鈦礦薄膜隨機激光無散斑成像研究方面取得進展，相關成果以“Thermally Evaporated MAPbBr3 Perovskite Random Laser with Improved Speckle-Free Laser Imaging”為題發表于ACS Photonics。
 

　　鈣鈦礦材料具有優異的光增益性能，在激光應用領域里極具發展前景。熱蒸發沉積作為一種被廣泛應用于半導體工業的鍍膜技術，是實現鈣鈦礦器件商業化大規模制造的技術趨勢之一。然而，熱蒸發過程中，鈣鈦礦材料快速且不可控的結晶導致鈣鈦礦薄膜有較多缺陷，大大影響了鈣鈦礦薄膜的激光性能。
 

圖1 通過在熱蒸發過程中引入TPPO添加劑，提升了鈣鈦礦薄膜的發光性能
 

　　針對上述問題，研究人員提出通過引入多功能路易斯堿添加劑三苯基氧化膦(TPPO)，實現了結晶速度減緩和缺陷鈍化，最終制備的鈣鈦礦薄膜具有增強的光致發光和近5倍的光增益系數提升。功率依賴光致發光光譜證實了薄膜缺陷的降低，瞬態吸收光譜結果表明增強的發光性能起源于雙分子復合過程的增強。基于這些優異的發光特性，研究人員探索了熱蒸發鈣鈦礦薄膜的隨機激光性能，發現引入TPPO后的薄膜隨機激光閾值明顯小于原始薄膜。同時，研究人員首次將熱蒸發鈣鈦礦薄膜應用于激光無散斑成像，當使用鈍化后的薄膜產生的隨機激光作為照明光源時，所成的像具有更低的散斑對比度(0.046)和更高的對比度噪聲比(8.218)，具有優異的成像性能。
 

　　本研究將為鈣鈦礦材料和器件的規模化生產提供新思路，并有助于熱蒸發鈣鈦礦薄膜在自發輻射放大和激光成像應用中的發展。
 

　　該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科技創新行動計劃項目的資助和支持。
 

圖2 鈣鈦礦薄膜隨機激光的無散斑成像